Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_2356
.pdf
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_214249.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=214249&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB214249A
[0001]
[Второе издание.] ]
[0002]
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
[0003]
Дата проведения конвенции (США): 9 апреля 1923 года.
«Дата подачи заявления (в Соединенном Королевстве): 9 апреля 1924 г.
№ 8977, 24 доллара, полный комплект принят к рассмотрению: 9 июля 1925 г.
[0004]
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
[0005]
Мы, компания Westers Electric Company Limited, расположенная по адресу: Коннот-Хаус, Олдвич, Лондон,
Англия, британская корпорация, правопреемники Рэя Стивенса Хойта, Вашингтон-авеню, 208, Резерфорд,
Берген, Нью-Джерси, Соединенные Штаты Америки, гражданин Соединенных Штатов Америки, настоящим
заявляем, что характер данного изобретения и способ его осуществления должны быть подробно описаны и
установлены в следующем заявлении:
[0006]
Данное изобретение относится к системам передачи.
[0007]
15
Основная цель данного изобретения — создание компактной сети сосредоточенных элементов, импеданс
которой будет имитировать импеданс протяженной линии передачи.
Еще одна цель состоит в том, чтобы создать такую сеть для имитации импеданса линии в определенном
желаемом диапазоне частот.
Еще одна цель — обеспечить возможность моделирования с различной степенью точности в соответствии с
25 требованиями специальных разрешений.
Ещё одна задача — создать сеть, имитирующую гладкую линию электропередачи. Эти и другие цели
изобретения станут очевидными при рассмотрении ограниченного числа его вариантов осуществления,
которые были выбраны в качестве примеров для раскрытия в следующем описании^ с пониманием того, что
описание относится к ним более подробно 35 и что изобретение будет определено в прилагаемых пунктах
формулы изобретения.
[0008]
Эти усовершенствованные сети для имитации линий передачи найдут полезное применение в телефонных
системах, а 40 вариантов осуществления изобретения, представленных здесь в качестве примеров,
разработаны специально для использования в таких системах.
[0009]
Передача переменного тока по любой линии электропередачи между заданными оконечными
сопротивлениями зависит от [Цена.
1
/-]
[0010]
только на постоянную распространения и характеристическое сопротивление линии (на рассматриваемой
частоте).
В этом случае свойства линий передачи сигнала можно условно разделить на характеристики
распространения и характеристики импеданса.
В телефонии нас в первую очередь интересует зависимость этих характеристик от частоты в телефонном
частотном диапазоне.
[0011]
До появления телефонных ретрансляторов на телефонных линиях характеристики распространения сигнала
в таких линиях были на 60% важнее, чем их импедансные характеристики, поскольку принимаемая энергия в
гораздо большей степени зависела от первых, чем от вторых.
[0012]
Применение двухстороннего телефонного ретранслятора значительно изменило относительную важность
этих двух характеристик, уменьшив потребность в высокой эффективности передачи линии, но значительно
увеличив зависимость результатов от импеданса линии.
Как известно, это происходит потому, что усиление, на которое можно установить двусторонний ретранслятор
без помех или даже без серьезного ухудшения разборчивости передачи, строго зависит от степени баланса
импеданса между линиями или между линиями и их балансировочными цепями.
В случае ретранслятора типа 21 две линии должны иметь импеданс 80, достаточный для того, чтобы
обеспечить тесную взаимную балансировку во всем диапазоне телефонных частот.
В случае ретранслятора типа 22, который для длинных линий, требующих более одного ретранслятора,
превосходит ретранслятор типа 85 21, необходимы импедансные сети для точного балансирования
импедансов двух линий во всем диапазоне телефонных частот. Подобные балансировочные сети
необходимы также в связи с так называемой четырехпроводной ретрансляционной цепью.
[0013]
2
[0014]
214,249
[0015]
Плавные линии являются основополагающими в телефонной передаче; ведь любая телефонная линия
представляет собой либо простую плавную линию, либо составную плавную линию, либо периодически
нагруженную линию, участки которой сами по себе являются короткими плавными линиями.
В любом случае, характеристические импедансы составляющих гладких линий вносят существенный вклад в
импеданс системы.
Более того, характеристическое сопротивление последовательной периодически нагруженной линии на
частотах, относительно низких по сравнению с ее критической частотой, очень близко к характеристическому
сопротивлению соответствующей гладкой линии.
[0016]
Конечно, импеданс любой линии можно было бы смоделировать с необходимой точностью с помощью
искусственной модели, состоящей из множества коротких участков, каждый из которых имел бы
сосредоточенные постоянные; но такие конструкции были бы очень дорогими и очень громоздкими.
По сравнению с ними сети, описанные в данной спецификации, представляют собой очень простые
непериодические структуры 25, которые относительно недороги и достаточно компактны; тем не менее, более
точные из них оказались достаточными для высокоточной имитации импеданса большинства типов гладких
линий 30, в то время как даже наименее точные (самые простые) достаточны для многих применений.
В спецификацию включены формулы проектирования первого приближения и описан дополнительный
полуграфический метод определения оптимальных пропорций сетей. Типичный иллюстративный пример
приведен в конце описания изобретения, перед пунктом формулы изобретения.
[0017]
Обращаясь к прилагаемым чертежам, на рисунках 1, 2, 2а, 3, 4, 8 и 9 представлены диаграммы в декартовых
координатах, отображающие определенные функциональные соотношения, которые фигурируют в
последующем объяснении принципов изобретения и его вариантов осуществления, раскрытых в настоящем
документе.
На рис. 5а показана схема одного элемента улучшенной сети; на рис. 5б — символическая схема другого
элемента, который может принимать различные формы и который будет называться «симулятором избытка».
На рис. 5° представлена схема полной сети, включающей элементы рис. 5a и 5ti; на рис. 5a представлена
схема линии, которая моделируется сетью, показанной на рис. 5e; рис. 6a, 6B и 6G соответствуют
соответственно рис. 5a, 5b и 5C, за исключением того, что симулятор избытка представлен конденсатором; на
рис. 7a представлена схема симулятора избытка, адаптированного для более точного моделирования, чем
конденсатор на рис. 6b; на рис. 7s показан симулятор избытка, эквивалентный рис. 7a; на рис. 10a показана
форма, принимаемая любым из симуляторов избытка.
[0018]
На рис. 7a и 7b показаны модели, когда определенный параметр D, определенный ниже, принимает значение
0; на рис. 10b показана форма, которую принимает любой из симуляторов избытка на рис. 7a и 7b, когда
параметр D принимает значение 1; на рис. 11a показана полная сеть, включающая симулятор избытка на рис.
7a; на рис. 11b показана полная сеть, включающая симулятор избытка на рис. 7b; на рис. 11 и 11d показаны
две сети, каждая из которых эквивалентна сетям на рис. 11a и 11b; на рис. 12a показана форма, которую
принимает любая из сетей на рис. 11a, 11b, 11c и 11d, когда параметр D принимает значение 0; На рис. 12b
показана предельная форма 80, которую примет любая из сетей на рис. 11a и 11'», когда параметр D
принимает значение 1; рис. 12° является эквивалентом рис. 12b; на рис. 13a показана модификация 85,
специально адаптированная для низких частот, с избыточным симулятором, зашунтированным
сопротивлением; на рис. 13b показана аналогичная модификация с другим расположением шунта; на рис. 14a
показан модифицированный избыточный симулятор 90, когда немодифицированный избыточный симулятор
имеет форму, показанную на рис. 7a; на рис. 14b показан модифицированный избыточный симулятор, когда
немодифицированный избыточный симулятор имеет форму, показанную на рис. 7b; на рис. 14° 95 показана
сеть, эквивалентная избыточному симулятору на рис. 14a; на рис. 14d показана сеть, эквивалентная любой из
рис. 14a. 14б и 14°; рис.
I5a — это модификация для низких частот, полученная из рис. 11<i путем добавления параллельного
сопротивления; рис. 15b — это эквивалентная схема для рис. 11a; на рис. 15° два сопротивления соединены
параллельно и эквивалентны одному сопротивлению S11 на рис. 15a; и рис. 15(1) — это эквивалентная схема
для рис. 15°.
[0019]
Представленные здесь сети, являющиеся вариантами осуществления изобретения, разработаны, в
частности, с учетом возможности имитации плавных линий. 110
[0020]
Общие соображения, касающиеся
[0021]
Плавные линии.
[0022]
Точная формула для характеристического импеданса K любой гладкой линии обычно записывается в виде
115
[0023]
* I R + icoL
[0024]
К=
[0025]
^ G+icoC
[0026]
(1)
[0027]
R, G, L и C обозначают, как обычно, основные линейные постоянные (постоянные, если говорить об
изменениях тока и напряжения), а именно сопротивление, проводимость утечки (ток рассеяния),
индуктивность и емкость на единицу длины; g обозначает 2π, умноженное на частоту; и i — оператор -\/ — 1.
[0028]
Однако эта форма не является ни самой простой, ни самой значимой.
Для этого
[0029]
214,249
[0030]
3
[0031]
включает отдельно четыре величины R, 6, L и C и, следовательно, является функцией не менее чем четырех
переменных (пяти, если рассматривать ее отдельно от L и C), 5 тогда как ее значение, очевидно, зависит
только от относительного значения этих величин и, следовательно, должно быть выражено как функция
только трех независимых переменных, а именно отношения любых трех из них 10 к четвертой.
[0032]
При выборе формы или форм выражения для К. мы будем руководствоваться следующими практическими
соображениями:
[0033]
15 (A) В телефонии нас в основном интересует зависимость K от частоты /; или, выражаясь более общим
образом, зависимость некоторой величины, приблизительно пропорциональной K, от некоторой величины,
приблизительно пропорциональной /.
[0034]
Класс гладких линий находится между двумя довольно широкими крайностями, обладающими совершенно
разными характеристиками:
[0035]
(B) На одном полюсе находятся провода большого сечения с открытой обмоткой Hnes, особенно при
использовании на высоких частотах.
Для них R относительно мало, а G относительно мало.
[0036]
30 к C; следовательно, K приблизительно или, по крайней мере, примерно равно ■y/L]C7
[0037]
(C) На другом полюсе находятся кабели малого сечения, особенно при использовании на низких частотах.
Для них R велико.
[0038]
35 относительно L, хотя G мал по сравнению с C; следовательно, K приблизительно или, по крайней мере,
примерно равен yR/icoC.
[0039]
(D) Линейные константы R, L, C не сильно меняются с частотой, по крайней мере, в диапазоне голосовых
частот; поэтому они или их комбинации могут служить подходящими параметрами.
[0040]
(E) Коэффициент утечки G, который почти всегда является наименее важной из четырех линейных констант,
обычно сильно меняется с частотой и поэтому сам по себе не очень подходит в качестве параметра.
Однако в широком диапазоне применений G приблизительно или, по крайней мере, приблизительно
пропорционален частоте; и тогда подходящим параметром является G, если или, предпочтительно, G/C. Это
справедливо для кабелей, за исключением крайне низких частот.
Это, по крайней мере приблизительно, верно для открытых проводных линий на очень высоких частотах,
таких как несущие частоты, но обычно не на голосовых частотах.
Для большинства линий сопротивление утечки G обычно составляет приблизительно 60 или, по крайней
мере, приблизительно является линейной функцией частоты, а именно G = G0 + y/, где G0 — сопротивление
утечки при /=0, а y приблизительно не зависит от частоты.
Для кабелей G0 мало по сравнению с y/, за исключением очень низких значений 65 /; но для линий с открытым
проводом G0 обычно не является пренебрежимо малым, за исключением высоких значений /.
[0041]
В свете этих соображений изучение уравнения (1) предполагает использование величин F, E, k, g, a, 70 b,
определяемых следующими шестью уравнениями.
Не все эти замены будут применяться одновременно, но удобно изложить их все здесь вместе.
75
[0042]
F = coL /R
[0043]
(2)
[0044]
E = MC/R
[0045]
(3)
[0046]
& = vL/C
[0047]
(4)
[0048]
0=VG/R
[0049]
(5)
[0050]
а = GL/RC
[0051]
(6)
[0052]
6 = G/coC
[0053]
(7)
[0054]
Обычно F или E рассматриваются как независимые переменные, а k, g, a, b — как параметры.
[0055]
Здесь, пожалуй, следует подчеркнуть, что приближения, упомянутые в приведенном выше наборе из пяти
соображений (A) – (E), используются лишь в качестве ориентиров при выборе переменных и параметров,
определенных приведенными выше уравнениями (2) – (7), а также при выборе форм, принятых ниже для
формулы характеристического импеданса.
За исключением случаев, когда однозначно указано обратное, формула, которая будет принята для
характеристического импеданса, является строго точной; хотя переменные F и E никогда не бывают точно
пропорциональны частоте, а параметры k, g, a, b никогда не бывают точно независимы от частоты.
Если бы независимые переменные были точно пропорциональны частоте, а параметры были точно
независимы от частоты, то графики формулы 105, просто изменив масштабы, точно представляли бы
импеданс как явную функцию частоты.
[0056]
С учетом соображений (B) и (C) будет целесообразно разделить дальнейшее рассмотрение гладких линий на
две основные части, относящиеся соответственно к линиям с открытыми проводами и к кабелям; а затем в
каждой из этих частей представить формулу импеданса 115 в двух формах, наиболее подходящих
соответственно для случаев, когда сопротивление утечки приблизительно пропорционально частоте и
приблизительно не зависит от частоты, что соответствует соображениям (E).
[0057]
Хотя классификация гладких линий HNE на линии с открытым проводом и кабели удобна, четкого различия
между линиями с открытым проводом типа 125 и линиями кабельного типа, конечно, нет, поскольку это
различие зависит от параметров линии.
[0058]
4
[0059]
214,249
[0060]
метры и диапазон частот, а не физическая форма линии; ведь любая линия на достаточно высоких частотах
имеет характеристики открытого пятипроводного типа, а на достаточно низких частотах — характеристики
кабельного типа.
Что касается относительной важности основных линейных констант R, G, L, C в частотном диапазоне,
соответствующем диапазону голоса, можно сказать, что для линий открытого типа L и C имеют примерно
одинаковую важность, R — второстепенную, а G — третьестепенную; с другой стороны, для линий кабельного
типа R и C имеют примерно одинаковую важность, L — второстепенную, а G — третьестепенную.
В качестве иллюстрации вышеизложенных замечаний можно отметить, что кабели с плавной нагрузкой (если
только нагрузка не очень слабая) обладают характеристиками открытого провода, как и кабели с
периодической нагрузкой на низких частотах.
[0061]
Прежде чем перейти к отдельному рассмотрению линий и кабелей с открытыми проводами, 25
представляется целесообразным кратко указать на общий характер воздействия утечки на импеданс.
[0062]
Общее влияние утечки,
[0063]
В обычных телефонных кабелях утечка настолько мала, что, за исключением очень низких частот, импеданс
таких кабелей практически совпадает с предельным случаем отсутствия утечки; следовательно, этот
предельный случай можно считать хорошим приближением к реальному случаю.
В линиях с открытыми проводами утечка может быть значительно больше, чем в кабелях, однако обычно она
достаточно мала, чтобы ее влияние на импеданс было незначительным, за исключением очень низких частот,
поэтому обычно предельное значение нулевой утечки все еще является хорошим приближением при расчете
характеристического импеданса.
Однако во время влажной погоды, и особенно в условиях влажного климата и местностей, утечка в открытых
проводах становится достаточно большой, чтобы существенно повлиять на импеданс, даже в диапазоне
голосовых частот, и в то же время значительно повлиять на него на очень низких частотах.
[0064]
Общий характер влияния, оказываемого на характеристическое сопротивление KL любым значением утечки
G, легко увидеть из простого анализа уравнения (1) в отношении абсолютного значения и угла импеданса.
Таким образом, увеличение G от любого начального значения уменьшает абсолютное значение импеданса и
(алгебраически) на 60° увеличивает угол.
Начиная с G = 0, угол отрицательный и имеет
[0065]
1 Р>
[0066]
значение - 2 tan-L^xi ' возрастающее G
[0067]
Этот отрицательный угол уменьшается до тех пор, пока G не станет равным RC/L, после чего угол становится
равным нулю, а импеданс — простому значению -y/L/C, и, следовательно, равен -\/R/G. Увеличение G сверх
этого переходного значения RC/L до бесконечных значений придает импедансу положительный угол, который
постоянно увеличивается.
[0068]
1
[0069]
сгибается в сторону своего предельного значения ^ tan-1
[0070]
- p~ при этом абсолютное значение импеданса непрерывно уменьшается, стремясь к своему предельному
значению, равному нулю. 75
[0071]
Утверждения, изложенные в предыдущем абзаце, справедливы для всех частот, хотя влияние утечки обычно
наиболее выражено на низких частотах.
Фактически, на нулевой частоте характеристическое сопротивление линии, имеющей конечный, сколь бы
малым ни был импеданс утечки, составляет всего лишь -\/R (Q); а на таких низких частотах L мало по
сравнению с R, а C мало по сравнению с G, импеданс K приблизительно равен
85
[0072]
Соседние файлы в папке патенты